[发明专利]一种空间遥操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间遥操作方法，尤指一种空间机器人遥操作方法，可应用于空间机器人或地面机器人遥操作领域。

背景技术

随着人类空间活动的不断发展，航天飞机、宇宙飞船和空间站的建立，空间机器人技术越来越受到重视。在未来的空间活动中，将有大量的空间生产、空间加工、空间装配、空间维护和修理工作进行。这样大量的工作不可能仅仅依靠宇航员完成，必须充分利用空间机器人。因此，发展空间机器人技术可以大大减小宇航员从事危险工作的代价和成本。由于受到目前的机器人技术水平和人工智能水平的限制，实现在空间环境中完全自主工作的机器人仍然有很大困难，因此，必须由操作人员来远程控制机器人在未知空间环境中完成特定任务。这就需要一个高可靠的空间遥操作系统来协调远程机器人和操作人员的之间的工作，以保证远程机器人可以按人们的意志来完成任务。

通过空间遥操作系统，可以监视和控制远端的空间机器人，使得我们可以用空间机器人代替人类在空间环境执行任务。由于操作对象在远端，操作人员无法直接感知操作对象的状态，另外由于数据的传输和处理带来的时延会进一步影响操作者的临场感。因此空间遥操作技术最重要的问题就是克服时延，提升操作者的临场感。为此，空间遥操作系统需要为操作人员提供视觉信息、力信息、声音信息等，提升操作人员的临场感，使得操作人员能够更准确的感知远端操作对象的状态。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种空间机器人遥操作方法，用于解决空间机器人遥操作过程中克服时延和提升临场感的问题。保证空间遥操作安全性，同时为执行空间遥操作任务的操作人员提供视觉、力觉信息等，提升操作人员的临场感。

技术方案

一种空间机器人遥操作方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、构建空间遥操作验证端：

1、建立三维仿真验证端：根据空间机器人几何尺寸建立三维模型，根据空间机器人的质量、惯量、质心位置、连杆长度等动力学参数和控制器参数建立其动力学仿真数学模型；

2、建立执行能力验证端：在空间遥操作系统构架与远端空间机器人控制器相同的控制设备，并监测其输入和输出；

步骤2、采用具有力反馈功能的手控器设备作为主手，产生空间遥操作指令：操作前，先建立空间机器人与空间遥操作的通信，使空间遥操作系统能够获取空间机器人的关节角状态；当主手被施加F_h，然后以T_c的时间间隔进行以下步骤：

1、将主手自身的位置P_m对应为空间机器人末端的位置P_r，对应关系为P_r＝aP_m，其中a为操作系数，a越大操作越灵敏；

2、利用P_r进行空间机器人运动学逆解运算，得到空间机器人的机械臂关节角θ_m，由于所得的逆解不唯一，选取与空间遥操作系统接收到的遥测关节角最接近的一组

3、将作为空间遥操作指令，发送到数据调度中心；

通过以上3步，生成以T_c为时间间隔的遥操作指令序列，数据调度中心将指令转发到三维仿真验证端和执行能力验证端；

步骤3、三维仿真验证端在接收到数据调度中心转发的指令后进行遥操作指令三维仿真验证：

1、在三维仿真验证端接收到遥操作指令后，将时间间隔T_c的指令序列进行插值，插值结果为时间间隔T_d的仿真输入序列，作为动力学仿真数学模型的期望输入，进行动力学仿真计算，得到机器人的仿真输出关节角序列；所述T_d<T_c；

2、当关节角序列存在关节角度、角速度超限时，则发送验证结果信息，用相应的错误类别标志码M_e表示验证失败类别；若无则将仿真输出关节角序列进行运动学正解，得到笛卡尔空间运动序列；当笛卡尔空间运动存在位置、速度超限时，则发送验证结果信息，用相应错误类别标志码M_e表示验证失败类型；若上述超限情况均没有，则视遥操作指令超限检测安全；

3、利用第1步所得到的仿真输出关节角运动序列，空间机器人的三维模型，采用OBB法进行碰撞检测，若存在碰撞情况，则发送验证结果信息，用相应的错误类别标志码M_e表示验证失败类别，若无碰撞则视遥操作指令碰撞检测安全；